淺談豎井式退水口施工工藝

(安徽省交通航務(wù)工程有限公司 安徽 合肥 230022)

一、引言

(一)概述

在傳統(tǒng)的航道疏浚工程中，疏浚與吹填工程往往是結(jié)合進(jìn)行。挖泥船將水下土層經(jīng)過機(jī)械切割并通過水流沖擊作用，泥沙與水混合形成的混合體，通過泥漿泵、輸送管線等將其吸出并吹填至到岸上拋泥區(qū)內(nèi)，經(jīng)沉淀將泥漿和水分離，泥漿沉淀至拋泥區(qū)底部，清水通過退水系統(tǒng)流入河道，實(shí)現(xiàn)循環(huán)作業(yè)。而在整個(gè)施工過程中，退水系統(tǒng)是關(guān)系到拋泥區(qū)能否安全高效運(yùn)行的一項(xiàng)關(guān)鍵工作。

(二)原理

退水系統(tǒng)雖然只是疏浚吹填工程中的臨時(shí)性輔助設(shè)施，但是對提高拋泥區(qū)泥沙沉淀效果，減少環(huán)境污染方面起直接調(diào)控作用，合理施工退水口能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用和環(huán)保的多重功效。結(jié)合近年來我公司承建的航道疏浚工程實(shí)例，對退水口施工工藝流程及注意事項(xiàng)進(jìn)行簡單分析。

二、退水口設(shè)計(jì)與使用

(一)退水口選址

建設(shè)圍堰退水口首先要規(guī)劃好它的位置，有以下原則。

1.原則一：利于銜接外部水系

退水口作為排水系統(tǒng)，必須要靠近水系，這樣才能通過最短的涵管或明渠連接下游排水通道，讓尾水有處可去，這是最基本的要求。

2.原則二：最大化增加泥漿流徑

拋泥區(qū)是泥砂沉淀的場所，靜置時(shí)間越久或流徑越長，泥砂沉淀的就越充分、越徹底，才能保證尾水排放清澈的要求。這樣就需要將退水口盡量遠(yuǎn)離輸泥管(對角設(shè)置)或者設(shè)置丁壩隔梗以增加繞流路徑。

3.原則三：減小對壩體的影響

退水口是連接排泥場內(nèi)外的系統(tǒng)，所以退水必定穿壩而過，對壩體的穩(wěn)定性產(chǎn)生不可避免的影響，所以我們從選址開始就需要考慮如何減小這種影響，將退水井架設(shè)在圍堰壩腳處并遠(yuǎn)離壩體拐角處，避免產(chǎn)生旋流沖刷壩體。

(二)退水口設(shè)計(jì)

1.分類

豎井式退水口根據(jù)豎井的材質(zhì)又分為鋼混式、磚砌式和鋼構(gòu)式。

(1)鋼混式顧名思義，即需要綁扎鋼筋、支模澆筑、養(yǎng)護(hù)成型的一種井架形式。雖然最為安全穩(wěn)定美觀，但施工難度大，成本過高，無特殊情況，一般不用于退水口這種臨時(shí)結(jié)構(gòu)。

(2)磚砌式退水口施工較為方便，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定美觀，是最常用的退水口形式。但是屬于一次性結(jié)構(gòu)，不能重復(fù)利用，成本相對較高。

(3)鋼構(gòu)式是采用鋼板和型鋼焊接，并與鋼管鉚接而成的一種退水系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的整體性。易制作安裝，不使用磚、水泥等常規(guī)材料，減少了傳統(tǒng)退水口繁雜的工序，加快了施工進(jìn)度，能夠重復(fù)使用，降低成本。但是在吊運(yùn)進(jìn)場過程中最易變形，導(dǎo)致閘板無法順利安放，嚴(yán)重的可能使整個(gè)井架報(bào)廢。

2.主體結(jié)構(gòu)施工

以磚砌式退水口為例，其結(jié)構(gòu)主要包含基礎(chǔ)、井架、退水涵管，根據(jù)圍堰實(shí)際情況還可增加翼墻、明渠和消能池等結(jié)構(gòu)。

(1)在選定退水口位置后，開挖至退水口設(shè)計(jì)底標(biāo)高，進(jìn)行基礎(chǔ)處理，對豎井、退水涵管的基礎(chǔ)修坡、夯實(shí)、平整，并鋪設(shè)10cm碎石墊層。井架底澆筑30-50cm厚C30混凝土底座，或使用預(yù)制樓板代替，涵管底澆筑10-20cm厚墊層。

(2)退水井架的尺寸標(biāo)準(zhǔn)為2.0m×2.0m。立柱為50cm×50cm，頂高程為圍堰設(shè)計(jì)頂高程加0.5m安全超高，立柱間距為100cm，每根立柱預(yù)留兩個(gè)12cm×12cm的溜槽，溜槽必須粉刷整齊，清理干凈，否則與閘板的接觸面不密封會(huì)導(dǎo)致泥漿泄露，污染環(huán)境。立柱間可砌筑37墻起到穩(wěn)定和擋土作用，背水面砌筑1-2m，兩側(cè)0.5-1m，迎水面一側(cè)不砌筑，以加快圍堰前期退水。為了保持立柱的穩(wěn)定性，立柱每砌1 m高度加一道連系梁，井架底部因承壓較大，可適當(dāng)減小連系梁間距。

井架退水可視為無側(cè)收縮、自由出流的矩形薄壁堰流，公式為：

式中：Q—溢流流量，m3/s；

n—堰流排水邊數(shù)；

m—流量系數(shù)，取0.403；

b—單邊溢流凈寬，取1m；

H0—堰上總水頭，小于或等于單邊溢流凈寬b的0.22倍，即：H0≤0.22b

若挖泥船吹填能力較強(qiáng)，由公式計(jì)算出井架溢流流量小于排水量，可增大n值，及在迎水面增加兩根立柱，由“口”字型4面排水變?yōu)椤叭铡弊中?面排水，從而加大排水能力，充分利用富裕水深。

(3)涵管可采用混凝土管或鋼管，直徑根據(jù)挖泥船吹填能力確定。根據(jù)沱澮河及新汴河航道整治工程施工經(jīng)驗(yàn)，吹填量300～500m3/h的挖泥船，采用φ800的涵管即可滿足排水要求。為防止涵管接縫處滲漏，對于鋼管，須使用橡膠墊圈并擰緊螺栓，若是混凝土管，則須在縫外壁設(shè)截水環(huán)，內(nèi)壁用砂漿抹縫。

涵管底部需用軟塑性土進(jìn)行人工回填搗實(shí)并保證土體與涵管接觸良好，待填至管身1/3高度處，再使用機(jī)械對管側(cè)及頂部分層回填，回填過程中需注意檢查涵管與井架銜接處，必要時(shí)采取修復(fù)措施。涵管上部1m以內(nèi)回填土應(yīng)人工壓實(shí)，1m以上部位才可上機(jī)械壓實(shí)，壓實(shí)度應(yīng)滿足圍堰設(shè)計(jì)要求。

(三)退水口的使用

1.日常使用

退水口通常配合閘板共同使用，通過控制閘板的升降，來控制退水系統(tǒng)的工作狀態(tài)，尾水渾濁就需要增加閘板減少流量，水位過高就要降低閘板加快尾水排出，保證圍堰安全。施工期間內(nèi)退水口的使用就是在這兩個(gè)方向間尋找平衡，要做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)調(diào)整，有巡查有記錄。

2.退水口拆除

對于可回收的鋼構(gòu)式退水口，排除拋泥區(qū)內(nèi)積水，封堵涵管進(jìn)口，保證泥漿不外泄。松開并取出井架與涵管間的連接件和螺栓，起吊并回收井架。回收鋼制涵管時(shí)，開挖背坡土體對堰前進(jìn)行培厚，在滿足安全要求后，再拔除回收。

對于磚砌式退水口，在拆除上部結(jié)構(gòu)后，其余部分隨拋泥區(qū)復(fù)墾工程一起掩埋。

三、結(jié)語

退水口應(yīng)結(jié)合成本、工期與環(huán)保等因素，綜合的選擇適當(dāng)?shù)奈恢谩⒔Y(jié)構(gòu)形式和施工工藝。在實(shí)際施工中，退水口往往與加高圍堰、增設(shè)隔梗、增設(shè)尾水沉淀池等措施結(jié)合使用，以取得更好的尾水處理效果。